智能化测控应用系统设计Word格式.docx

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随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。

随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差会影响整个系统的精确度。

电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同的要求并制定了一系列的产品精度标准。

只有满足产品标准，才能进入市场，而随着经济全球化的发展，满足国际标准产品才能获得进出的通行证。

目前在电力电子器件方面，几乎都为旋钮开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦，针对产品在数控程度、分辨率、功率密度，可靠性的要求，数控电源仍需不断加以改善，而单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利条件。

1.2设计任务和技术指标

本次设计是基于STC12C5A32S2单片机为控制核心的数控直流稳压电流源。

本次设计的稳压电源有一定输出电压范围和功能的数控直流电源。

要求输出电压的范围为2V到20V，最大输出电流1.5A，可通过按键实现调节电压大小，用数码管直接显示读数、显示清晰直观。

步进电压0.1V，能预制置输出初值,误差小，稳定性高。

2.总体方案设计

2.1总体方案框图

系统总体方案框图如图2-1所示:

整流部分→滤波部分→LM317部分→恒压输出

↑

交流输入数码管显示部分↑

单片机控制部分→DAC0832控制部分

↑

键盘预设值部分

图2-1系统总体方案图

2.2方案一

设计数控电源的主要思路是通过控制STC89C52的I/O口的高低电平从而能够控制我们所需要的电压输出，我们想到利用能随外界电压改变而开（断）的电子开关。

所以在方案一中，我们引入一种可以作为电子开关替代品的元件——继电器，合理的利用开关的通和断来改变LM317调整端的可变电阻值，LM317的标准应用如图2-2所示，对

进行调节，从而实现本设计的要求。

图2-2LM317的标准应用

这里继电器是数控部分的执行单元，也是控制电路的核心部分。

该单元采用了8个继电器，继电器的型号为JQC-3FF，工作电压为12V，继电器可以用常用的三极管驱动，所选三极管为9014。

比如取图2-3中的JDQ1为例，当单片机的输出电压为逻辑1，即高电平+5V，通过R10限流电阻在三极管T1的基极就会有微弱电流通过（一般是微安级的），从而可以使T1导通，T1导通以后，继电器的一端与三极管的集电极相接，另一端同+12V的工作电压相连，从而就有电流经继电器和三极管流到地，继电器就能将常闭开关断开，从而与常开开关相接，进而将R1（20Ω）接入LM317的调整端，改变输出电压。

同样的道理，其余的7个继电器也是如此工作。

与单片机配合，就能够起到数控的目的。

了解了这个原理以后，要实现步进电压为0.1V，就需要设计到接入每一个档位的参数的计算。

根据公式Vout=1.25×

[1+（R0+Rp）/R1]，我们取R0=150Ω，R1=250Ω，在所有的继电器都打到常闭端时候，就会得到2.00V的电压。

通过计算，我们令1.25×

[1+（R0+Rp）/R1]=2.1，可以得出，Rp=20Ω，故而确定了每0.1V对应的调节电阻阻值为20Ω，所以这8个档位，我们就可以分别选用20Ω，40Ω，80Ω，160Ω，320Ω，640Ω，1280Ω，2560Ω。

但是我们没有全部标称值的电阻，于是就用初步决定分别采用了标称值为22Ω，39Ω，82Ω，150Ω+10Ω，300Ω+22Ω，620Ω+22Ω，1.2kΩ+80Ω+22Ω，2.4kΩ+150Ω+10Ω。

如果在以后的调试过程中出现的误差，再分别用软件或者硬件补偿。

图2-3继电器控制部分原理图

2.3方案二

采用由DAC0832控制部分代替方案一中的继电器控制部分，用它来控制驱动模块输出一个稳定电压，同时稳压方法采用单片机控制,单片机通过A/D采样输出电压,与设定值进行比较,若有偏差则调整输出。

工作过程中,稳压电源的工作状态（输出电压、电流等各种工作状态）均由单片机输出驱动LED显示,由键盘控制进行动态逻辑切换。

以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源的设计,电源采用数字调节、输出精度高,特别适用于各种有较高精度要求的场合。

控制方案下面部分会详细说明。

2.4方案论证和方案选择

根据以上提供的两种方案，我们将其进行了对比，得出以下的结论：

如果采用方案一中继电器作为可控电子开关接入LM317调整端，由图2-3可知，此电路中的器件包括16个电阻，8个继电器，8个三极管，8个二极管。

8个12V的JQC-3FF继电器由8个常规的三极管9014驱动，八个继电器的控制端可以接STC89C52的任何一组I/O口，图中采用P1口作为数控电源的控制口，数码管的位选和数据输可以分别被P0口和P2口占用，在P3口选出其第一位和高四位组成一个键盘扫描控制口，接自制电源板上的四个控制键，这样电路相当复杂。

而且，这8个档位，我们通过计算应该分别选用20Ω，40Ω，80Ω，160Ω，320Ω，640Ω，1280Ω，2560Ω得阻值。

但是我们没有全部标称值的电阻，不能够准确的获得，这样就要进行调整，此处初步决定分别采用标称值为22Ω，39Ω，82Ω，150Ω+10Ω，300Ω+22Ω，620Ω+22Ω，1.2kΩ+80Ω+22Ω，2.4kΩ+150Ω+10Ω。

这样的设计在以后的调试过程中一定会出现误差，还需要分别用软件或者硬件进行补偿。

另外，用旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦

方案二中直接采用一块芯片即DAC0832代替方案一中的继电器控制部分（图2-3所示的电路），同样，采用P1口作为数控电源的控制口，数码管的位选和数据输可以分别被P0口和P2口占用，在P3口选出其第一位和高四位组成一个键盘扫描控制口，接自制电源板上的四个控制键，这样，没有电阻标称值的考虑，电路简单，接线方便。

不需要反复进行补偿调试，准确度更高。

通过方案对比，我们能够得到方案二最大的优点是电路结构简单实用，如并且能够使数控电源的输出误差比较小，实现步进0.1V，满足各项设计指标。

并且，每一个控制位相互独立控制对应的档位，很方便检查故障和维护。

与此同时，如果采用8个继电器进行控制，考虑到计算得到的电阻标称值的影响，还得重新补偿对应控制档位的电阻值，这点增加了方案一误差的不确定性。

综合这几方面的考虑，我们最终选择了方案二，即DAC0832控制方案作为我们综合设计的最终方案。

3.单元模块的设计

3.1各单元模块功能介绍及电路设计

3.1.1LM317可调稳压电压源基本电路的设计

在此之前，通过《电子线路基础》课程的学习，我们已经基本掌握了有关LM317可调稳压电源的设计知识。

LM317的学名是“三端可调节输出正电压稳压器”。

如图3-1是LM317的标准应用。

其中整流电路可以用常用的二极管1N4007组成全波整流电路，可以当由J3输入交流

，该整流电路可以将其辩称脉动的直流电压，再经滤波电容C4滤除纹波，得到的直流电输入到LM317的输入端，而后根据其调整端的调节作用来输出一个恒定电压。

图3-1LM317可调稳压电压源基本电路

3.1.2DAC0832控制部分的设计

DAC0832是一款常用的数摸转换器，它有两种连接模式，一种是电压输出模式，另外一种是电流输出模式。

它有三种工作方式：

不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。

该电路采用单缓冲模式，由电路图3-2可知，由于/WR2=/XFER=0，DAC寄存处于直通状态。

又由于ILE=1，故只要在选中该片（/CS=0）的地址时，写入（/WR=0）数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至DAC寄存器，经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束，/WR1和/CS立即变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。

图3-2单缓冲方式下的DAC0832

DAC0832内部由3部分电路组成。

分别为：

8位输入寄存器，8位DAC寄存器，8位D/A转换电路。

8位输入寄存器用于存放CPU送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由

端加以控制；

8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由

端控制；

8位D/A转换电路由8位T型电阻网络和电子开关组成，电子开关受8位DAC寄存器输出的数字量控制，T型电阻网络能输出和数字量成正比的模拟电流。

因此，DAC0832通常需要外接运算放大器，进行电流/电压转换，才能得到模拟输出电压。

根据DAC0832的单缓冲这个作用，我们设计如图3-3所示的控制电路，其输出接LM317的调整端，起着调节电压的作用，精确度高，且电路简单。

图3-3DAC0832控制部分的电路设计

3.1.3单片机控制部分的设计

单片机在本次综合设计中所占的地位犹如大脑，本次使用的是STC89C52，对于它的四组I/O口，都依次给于分配。

其中P0口用作数码管的位选，即对四位数码管进行位扫描，P1口用作对DAC0832的8位数字信号输入端的控制，P2口是数码管的数据输入口，剩下的P3口的P3.0和P3口的低四位用作控制四个按键，从而能够对该电源进行输出电压预设值。

如图3-4所示，单片机控制部分的电路图：

图3-4单片机控制部分

3.2电路参数的计算及元器件的选择

3.2.1整流电路的参数计算及元件选择

整流电路的任务是将交流电变成直流电，这一任务主要时靠二极管的单向导电作用，因此二极管时构成整流电路的关键元件。

本设计中，我们采用单向桥式整流电路，负载电压

平均值为：

=0.9

，直流电流为：

/

，

是整流电路的负载电阻。

在桥式整流电路中，4个二极管两辆轮流导通，所以流经每个二极管的平均电流为

=0.45

，每一只整流二极管在截至时管子两端承受的最大反向电压是

=

，因此我们可以选用整流二极管为1N4007，可以承受达到1A的电流，耐压为1000V。

目前市场上已有整流桥堆出售，因此我们选用QL62A~L的额定电流为2A，最大反向电压为30V。

3.2.2滤波电路的参数计算及元器件的选择

在整流电路里，用傅里叶级数将

与

的关系展开后可知存在谐波分量，这些谐波分量总称为纹波，它叠加于直流分量之上。

常用纹波系数

来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即

，式中

为谐波电压总的有效值。

最后可得出整流电路的纹波系数

约为0.483。

所以需要用滤波电路来滤除纹波电压。

滤波电路的输出电压

与交流电压的有效值

的关系为

=（1.